作者:光纖在線特邀編輯 宋軍博士
一、光網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)：
    先來看PON相關(guān)的研究：
    韓國研究者對時分復(fù)用的TDM-PON里組播數(shù)據(jù)流帶寬分配問題做了研究。作者提出的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是面向具有視頻會議等要求的應(yīng)用而提出的。就在這兩天，我看到新浪上一則新聞，說韓國的寬帶普及率已列世界第一。綜合這兩年的JLT和PTL論文發(fā)表情況，必須承認(rèn)的是，韓國在光接入應(yīng)用上做的確實很好。許多論文都是圍繞光接入一些關(guān)鍵問題開展的較為深入的理論與實踐研究。且很多問題頗具前瞻性，作為未來技術(shù)儲備已經(jīng)走在了世界的前端。這些是值得國內(nèi)研究者學(xué)習(xí)的。言歸正傳，來看該研究成果。作者的研究立足于TDM-PON，使用了中央化的傳輸控制平臺，即由OLT統(tǒng)一給各ONU分配傳輸窗口，阻止數(shù)據(jù)沖突。然而對組播傳輸方式，做到公平的帶寬分配并不容易。對下行數(shù)據(jù)，當(dāng)流量過大時，很可能是某些ONU過載，而某些容量卻不足。特別作者談到，對這種點對多點的網(wǎng)絡(luò)拓撲，交換控制也是一個難點。作者的工作就是試圖要解決這兩個問題。在OLT里，組播信號在MAC層被安排在一個組播序列里，而單播信號則放在相應(yīng)的ONU序列里。兩者經(jīng)過一個分離的交換節(jié)點發(fā)射，并統(tǒng)一由一個控制單元決定每個序列的發(fā)射幾率。為了解決組播帶寬分配的公平性問題，作者建議了環(huán)狀傳輸模型。在這個方案里，作者將時隙帶寬分為三個類型，對固定大小數(shù)據(jù)包和管理信號分配一段靜態(tài)時隙帶寬，然后再分別給組播信號和單播信號分配各自的帶寬。實際操作中，先通過一個控制端口為靜態(tài)和組播信號分配帶寬，而分配后的殘余帶寬才用做單播信號。而對組播信號又具有強制性控制單元，以防止信息獨占的擁堵發(fā)生。
    此外，加拿大研究者對雙向WDM-PON的工作性能做了研究。以前多次談到，對雙向WDM-PON，當(dāng)前的研究焦點在無色化光源的使用，并在上行端對下行波長再利用，以最大化的節(jié)約光源成本。作者主要對兩種無色光源系統(tǒng)做了研究，其一是使用受激自發(fā)輻射（ASE）光源做注入，并使用鎖模的Fabry-Perot （FP）激光器作光源；其二是使用了裝配反射式的半導(dǎo)體光放大器（RSOA）的VCSEL激光器作光源，注入鎖定光直接被加在下行信號上。作者重點分析了回損對網(wǎng)絡(luò)性能的影響。這里說的回損，也就是后向反射，既可能來自O(shè)LT元件，也可能來自上行信號。作者證明后向反射直接和上下行信號的線寬相關(guān)，大線寬有利于抑制回損影響。這暗示了使用ASE做注入光源最有利于抑制回損對性能的惡化。而使用了RSOA的無色光源則有可能造成較大的回波損耗。
    而臺灣清華大學(xué)的研究者則針對單跳WDM網(wǎng)絡(luò)，采用陣列化固定光源做發(fā)射器，研究了降低數(shù)據(jù)包延遲的方法。這里作者采用的是預(yù)約型的數(shù)據(jù)調(diào)度算法，作者使用一個或更多個波長作為控制通道以加載預(yù)約信息。相應(yīng)波長再在時間上分為若干個幀，每個幀再細分為若干個控制時隙。每個時隙用于對每個確定節(jié)點作控制。因此每發(fā)射一個數(shù)據(jù)包之前都會由相應(yīng)節(jié)點在指定的時隙發(fā)送一個控制信號用于帶寬預(yù)約。為了進一步優(yōu)化資源利用，作者建議對控制幀和時隙長度進行動態(tài)分配，以降低信息延遲。但發(fā)現(xiàn)單純動態(tài)分配在網(wǎng)絡(luò)負載較輕的時候容易出現(xiàn)“控制過頭”的現(xiàn)象，反而抑制了預(yù)約效率。因此作者進一步改進了算法，將時隙部分固定，部分動態(tài)分配，證明這種混合分配方案最小化了平均數(shù)據(jù)包延時。
    接下來看一些光碼分多址復(fù)用（OCDMA）的相關(guān)研究：
    OCDMA在高速大容量接入上，無論如何是不能與WDM相媲美的。但作為簡單靈活，高保密性的光接入技術(shù)，仍可作為未來光接入的有利候選方案。OCDMA技術(shù)在火熱研究了三年以后，又漸漸走向了平靜，盡管每期相關(guān)的研究還很多，但缺乏振奮人心的研究，多是一些枝梢末節(jié)的內(nèi)容，本期也不例外。下面我們簡單瀏覽這些研究結(jié)果：
    （1）西班牙的研究者對時間擴展的相干OCDMA系統(tǒng)工作性能做了理論研究，對OOK和DPSK兩種調(diào)制格式，分別給出了直觀的解析表達，以說明拍頻噪聲和多址串?dāng)_的影響程度。例如使用作者的模型，我們可以大致估算一定時隙數(shù)和給定串?dāng)_下，可獲得的最大用戶數(shù)。（2）NTT的研究者對采用相干的光外差探測來減小譜-強度編碼OCDMA系統(tǒng)拍頻干擾的可行性做了論證。作者通過實驗證明了要達到目的，必須保證部分信號光和局域光形成均勻的相位差。這一先決條件即使在只對包絡(luò)探測時也必須要保證。（3）英國研究者通過對同步FSK（頻率漂移鍵控）調(diào)制格式的OCDMA網(wǎng)絡(luò)進行改進，最大限度抑制了多址串?dāng)_的影響。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)作者主要做了三個改進，使用參考光（沒加載任何信號），簡化接收器結(jié)構(gòu)，以及使用改進擴時碼形。這里作者采用的擴時碼是一種特殊的單極素數(shù)碼，通過這些串?dāng)_消除改進，作者證明對特定比特率傳輸，系統(tǒng)容量可得到顯著增加。
    以色列研究者對基于多模光纖的多進多出（MIMO）發(fā)射做了研究。對多模光纖的接入，模間色散是一個重要問題，對300－1000米的較長距離接入，通常是通過電子增益均衡或使用新型調(diào)制格式來改進性能的。而這里作者只針對50米以內(nèi)的短距離接入，因此不需要特別考慮這個問題。在發(fā)射端作者將一個超連續(xù)光源與陣列化的硅基波導(dǎo)PSK調(diào)制器相連，實現(xiàn)批量并行發(fā)射。通過與多模光纖相連作者能夠?qū)崿F(xiàn)近乎理想的Shannon隨機碼序列發(fā)射。在接收端，作者使用了相干探測的方式，在經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)化后，使用了基于最大似然估計算法的電子色散補償元件來抑制碼間串?dāng)_。這樣，作者實現(xiàn)了并行10路，每路10Gb/s，也就是總共100Gb/s的MIMO發(fā)射。從總?cè)萘可峡�，�?dāng)然這談不上高速，但作者采用的收發(fā)，特別是解碼方式相對簡單。因此可以說作者建議的系統(tǒng)是在比特率和系統(tǒng)復(fù)雜性間取了個折衷考慮。
    Central Florida大學(xué)的研究者探討了鎖模半導(dǎo)體激光器（MSL）在相干光通訊里的應(yīng)用。到目前為止，我們所使用的光通訊系統(tǒng)基本都是非相干的。相干比起非相干通訊，能夠獲得相當(dāng)優(yōu)越的信噪比特性，也能支持更窄的通道間隔。但是相干通訊操作較復(fù)雜，性價比不高。這主要表現(xiàn)在相干通訊需要嚴(yán)格的頻率穩(wěn)定性控制，并要求各激光發(fā)射間，維持穩(wěn)定的相位同步，這是較難實現(xiàn)的。本篇研究作者指出MSL是相干通訊應(yīng)用上，最有潛力的光源。原因有兩個，其一是MSL比較容易實現(xiàn)高速發(fā)射，能夠獲得皮秒量級的脈沖序列，其二是MSL通過簡單的光注入鎖定技術(shù)，利用鎖模梳狀譜初始相位的良好相干性，能夠容易的生成空間位置分離的多個光頻輸出，且這些輸出維持了非常好的同步特性。作者基于這些原理，提出了具體的同步和動態(tài)鎖模方案，并比較了將MSL應(yīng)用在不同相干系統(tǒng)里，采用外差和零差探測的效果，比較分析了相對強度噪聲、頻率穩(wěn)定性和線寬等主要技術(shù)指標(biāo)。最后作者特別指出MSL非常適合譜-相位編碼的OCDMA應(yīng)用。
二、光器件：
     有源器件方面：
    （1）新加坡南洋理工的研究者提出了一種調(diào)Q摻鉺光纖環(huán)狀激光器設(shè)計。諧振腔內(nèi)包括了一段相位漂移光纖光柵（FBG）和另一個變跡FBG。通過壓電調(diào)節(jié)可以改變變跡FBG的周期，進而實現(xiàn)調(diào)Q功能。該器件具有窄線寬、波長穩(wěn)定和高重復(fù)率的特性；（2）英國研究者為了抑制雙泵浦光纖參量放大器和波長轉(zhuǎn)換器中，由于自相位調(diào)制產(chǎn)生的頻譜展寬和增益扭曲現(xiàn)象，基于鈮酸鋰材料設(shè)計了一個Y分支同步雙向調(diào)制器，通過對兩個入射信號瞬時耦合，進行高速反相調(diào)制，實現(xiàn)了預(yù)期功能；（3）California大學(xué)的研究者制作了性能優(yōu)異的模擬信號光發(fā)射器，該器件由采樣分布Bragg發(fā)射激光器、半導(dǎo)體光放大器和一個調(diào)制器單片集成構(gòu)成。此外，為了獲得低噪聲圖譜特性，作者還使用RF預(yù)放元件；（4）加拿大研究者利用電吸收調(diào)制器內(nèi)的交叉吸收調(diào)制效應(yīng)，制作了一個10GHz的MSL。該激光器諧振腔內(nèi)還包含一段啁啾的FBG，通過色散調(diào)節(jié)可實現(xiàn)一定范圍內(nèi)的波長可調(diào)發(fā)射。在全部可調(diào)范圍內(nèi)，激光器都顯示了較為均勻的脈沖輸出特性，并且作者將該激光器用在了全光時鐘恢復(fù)系統(tǒng)中，取得了很好的效果。
    無源器件方面：
    瑞典研究者利用啁啾Bragg光柵對光通訊系統(tǒng)色散進行了補償，作者指出由于Bragg光柵本身的缺陷也能導(dǎo)致信號相位的波動，進而產(chǎn)生額外的系統(tǒng)損耗，進而作者通過簡歷理論模型，分析了這些對眼開的影響；澳大利亞研究者基于光纖Sagnac干涉環(huán)制作了陷波濾波器，用于過濾某些特定頻率的信號。該Sagnac環(huán)內(nèi)包含了一個偏心的電吸收調(diào)制器和一個波長相關(guān)的延時器。